JP2005233603A

JP2005233603A - ２重管式ヒートパイプの製造方法

Info

Publication number: JP2005233603A
Application number: JP2005011088A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Iijima; 雄一飯島
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】製造設備のコストを比較的安価にすることができる２重管式ヒートパイプの製造方法を提供する。
【解決手段】両端が閉鎖されかつ作動液が封入された直管状コンテナ２を有するヒートパイプ１と、ヒートパイプ１のコンテナ２の外側に被せられてコンテナ２に密着させられた外管３とよりなる２重管式ヒートパイプ10を製造する方法である。ヒートパイプ１を外管３内に挿入した後、ヒートパイプ１を加熱して作動液を蒸発させることにより内圧を上昇させ、コンテナ２を塑性変形させて拡管し、コンテナ２の外周面を外管３の内周面に密着させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、たとえば排熱回収用熱交換器に用いられる２重管式ヒートパイプの製造方法に関する。

この明細書および特許請求の範囲において、「銅」という用語には、純銅の他に銅合金を含むものとする。

この種の２重管式ヒートパイプとして、両端が閉鎖されかつ作動液が封入された銅製直管状コンテナを有するヒートパイプと、ヒートパイプのコンテナの外側に被せられてコンテナ外周面に密着させられかつ外周面にフィンが設けられたアルミニウム（アルミニウム合金も含む。以下、同じ）製フィン付き外管とよりなるものが知られている（特許文献１参照）。

特許文献１記載に記載されているように、上記２重管式ヒートパイプは、次のようにして製造されている。すなわち、両端が開口した管状コンテナ素材を、フィンを有していない外管素材内に挿入した後、外管素材の外周面に転造加工を施すことによりフィンを形成するとともに、フィン付き外管をコンテナ素材の外周面に密着させ（特許文献１、段落００１８参照）、ついでコンテナ素材の両端開口を閉鎖するとともに一方の端部閉鎖壁に作動液注入用ノズルを取り付け、コンテナ内を真空にするとともに作動液を注入し、その後ノズルを閉鎖することにより製造されている。

しかしながら、特許文献１記載の方法では、フィンを転造するための専用の装置が必要であり、製造設備のコストが高くなる。

また、２重管式ヒートパイプの用途によっては、外管としてフィンを転造加工により形成するのに適していない材質からなるものを用いる必要があるが、この場合、特許文献１記載の方法では２重管式ヒートパイプを製造することができないので、次のような方法で製造されている。すなわち、合引き加工、液圧拡管、マンドレル拡管などの加工方法により、内外両管を密着させた２重管をつくった後、上記方法と同様にして内管をヒートパイプとすることにより、２重管式ヒートパイプが製造されている。このような２重管式ヒートパイプは、複数のプレート状フィンに形成されかつ内径が外管の外径よりも小さい貫通穴に強制的に挿入されることにより、複数のプレート状フィンが取り付けられている。しかしながら、この方法では、合引き加工、液圧拡管、マンドレル拡管などを行う必要があり、専用の設備が必要になって製造設備のコストが高くなる。
特開平５−４５０８０号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、製造設備のコストを比較的安価にすることができる２重管式ヒートパイプの製造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)両端が閉鎖されかつ作動液が封入された直管状コンテナを有するヒートパイプと、ヒートパイプのコンテナの外側に被せられてコンテナに密着させられた外管とよりなる２重管式ヒートパイプを製造する方法であって、ヒートパイプを外管内に挿入した後、ヒートパイプを加熱して作動液を蒸発させることにより内圧を上昇させ、コンテナを塑性変形させて拡管し、コンテナの外周面を外管の内周面に密着させることを特徴とする２重管式ヒートパイプの製造方法。

2)ヒートパイプ全体を均一に加熱する上記1)記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。

3)ヒートパイプの作動液が水である上記1)または2)記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。

4)ヒートパイプのコンテナが水に対する耐食性を有する材料からなる上記3)記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。

5)ヒートパイプのコンテナが銅からなる上記4)記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。

6)外管がステンレス鋼からなる上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。

7)拡管前のヒートパイプのコンテナの外径と、外管の内径との差を０．８〜１．２ｍｍとしておく上記1)〜6)のうちのいずれかに記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。

8)ヒートパイプを３００〜３８０℃に加熱する上記3)〜7)のうちのいずれかに記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。

9)ヒートパイプを３２０〜３６０℃に加熱する上記3)〜7)のうちのいずれかに記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。

10)ヒートパイプを３３０〜３５０℃に加熱する上記3)〜7)のうちのいずれかに記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。

11)コンテナの外周面を外管の内周面に密着させた後、外管の両端部に蓋を接合して、コンテナの両端部を覆う上記1)〜10)のうちのいずれかに記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。

12)蓋を外管と同じ材質としておく上記11)記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。

13)上記1)〜12)のうちのいずれかに記載の方法により製造された２重管式ヒートパイプ。

14)上記13)記載の２重管式ヒートパイプを備えている排熱回収用熱交換器。

15)内部が仕切壁により給気通路と排気通路とに区画されたケーシングと、ケーシングの仕切壁に貫通状に取り付けられた複数の上記13)記載の２重管式ヒートパイプと、すべての２重管式ヒートパイプの各通路内に存在する部分に跨って取り付けられたプレート状フィンとを備えている排熱回収用熱交換器。

16)ケーシングの排気通路に、合成樹脂を乾燥させることにより発生する溶剤を含んだガスが通されるようになっている上記15)記載の排熱回収用熱交換器。

17)内部が仕切壁により給気通路と排気通路とに区画されたケーシングと、ケーシングの仕切壁に貫通状に取り付けられた複数の上記13)記載の２重管式ヒートパイプと、すべての２重管式ヒートパイプの各通路内に存在する部分に跨って取り付けられたプレート状フィンとを有しており、２重管式ヒートパイプの外管がステンレス鋼管からなるとともに、２重管式ヒートパイプにおけるケーシングの排気通路内に存在する部分がすべて外管で覆われている排熱回収用熱交換器を備え、ケーシングの排気通路に、合成樹脂を乾燥させることにより発生する溶剤を含んだ排気ガスが通されるようになっている溶剤回収装置。

上記1)の製造方法によれば、ヒートパイプを外管内に挿入した後、ヒートパイプを加熱して作動液を蒸発させることにより内圧を上昇させ、コンテナを塑性変形させて拡管し、コンテナの外周面を外管の内周面に密着させるので、転造加工、合引き加工、液圧拡管、マンドレル拡管などのように専用の設備を必要とせず、製造設備のコストを安価にすることができる。また、外管の材質が転造加工に適していない場合であっても、２重管式ヒートパイプを製造することができる。

上記2)の製造方法によれば、コンテナの拡管を全長にわたって均一にかつ速やかに行うことができる。

上記3)の製造方法によれば、ヒートパイプの作動液として、環境問題が生じるおそれのあるフロン系のものを用いる必要がなくなる。

上記4)および5)の製造方法によれば、ヒートパイプの作動液として水を用いたとしても、コンテナの腐食を防止することができる。

上記6)の製造方法により製造された２重管式ヒートパイプを、ヒートパイプのコンテナを腐食させるおそれのある雰囲気中で使用したとしても、外管の働きによりコンテナの腐食を防止することができる。

上記7)の製造方法によれば、ヒートパイプのコンテナを外管内に挿入する作業を支障なく行うことができるとともに、コンテナの拡管によってコンテナ外周面を外管内周面に確実に密着させることができる。

上記8)〜10)の製造方法によれば、ヒートパイプの作動液が水の場合に、コンテナの拡管によってコンテナ外周面を外管内周面に確実に密着させることができる。

上記11)および12)の製造方法により製造された２重管式ヒートパイプを、ヒートパイプのコンテナを腐食させるおそれのある雰囲気中で使用したとしても、外管および蓋の働きによりコンテナの腐食を確実に防止することができる。

上記13)の排熱回収用熱交換器によれば、排気の有する熱により給気を加熱することができるとともに、排気中の溶剤をヒートパイプおよびフィンの表面に凝縮させて回収することができる。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１はこの発明による２重管式ヒートパイプの製造方法を示し、図２は製造された２重管式ヒートパイプを備えた排熱回収用熱交換器を示す。

２重管式ヒートパイプを製造するにあたり、図１に示すように、まず、両端が閉鎖されかつ作動液（図示略）が封入された横断面円形の直管状コンテナ(2)を有する内側ヒートパイプ(1)と、ヒートパイプ(1)の外側に被せられる横断面円形の外管(3)とを用意し、ヒートパイプ(1)のコンテナ(2)を外管(3)内に挿入する（図１(a)参照）。コンテナ(2)の外管(3)内への挿入は、コンテナ(2)の両端部が外管(3)の両端から外方に突出するように行う。ここでは、ヒートパイプ(1)のコンテナ(2)としては銅製のものを用い、作動液としては水を用いる。また、外管(3)としてはステンレス鋼のものを用いる。コンテナ(2)の外径は外管(3)の内径よりも小さくなっているが、コンテナ(2)の外径と外管(3)の内径との差は０．８〜１．２ｍｍであることが好ましい。上記差が０．８ｍｍ未満であるとコンテナ(2)を外管(3)内に挿入する作業が困難になり、１．２ｍｍを越えると後工程でのコンテナ(2)の拡管によってもコンテナ(2)外周面が外管(3)内周面に密着しないおそれがあるからである。上記差は１ｍｍであることが望ましい。なお、図１(a)においては、分かり易くするために、上記差を実際よりも拡大して示している。ヒートパイプ(1)は、公知の方法、すなわち管状コンテナ(2)素材の両端開口を閉鎖するとともに一方の端部閉鎖壁(2a)に作動液注入用ノズル(4)を取り付け、ノズル(4)を通してコンテナ(2)内を真空にするとともに作動液を注入し、その後ノズル(4)を封止することにより製造される。

ついで、ヒートパイプ(1)を全長にわたって均一に加熱して作動液を蒸発させることにより内圧を上昇させ、コンテナ(2)を塑性変形させて拡管し、コンテナ(2)の外周面を外管(3)の内周面に密着させる（図１(b)参照）。上記加熱は３００〜３８０℃の温度で行うことが好ましい。加熱温度が３００℃未満であると、コンテナ(2)の内圧が十分に上昇せず、コンテナ(2)外周面が外管(3)内周面に完全に密着するまでコンテナ(2)を拡管することができないおそれがあり、３８０℃を越えるとヒートパイプ(1)が破壊するおそれがあるからである。上記加熱温度は、３２０〜３６０℃であることが好ましく、３３０〜３５０℃であることがさらに好ましく、３４０℃であることが望ましい。

ついで、外管(3)と同じ材質、ここではステンレス鋼からなる２つの蓋(5)(6)を用意し、これらの蓋(5)(6)をヒートパイプ(1)における外管(3)よりも外方に突出した部分に被せ、外管(3)に溶接する（図１(c)参照）。一方の蓋(5)は、ノズル(4)を覆うことができるように、他方の蓋(6)よりも長くなっている。

こうして２重管式ヒートパイプ(10)が製造される。

図２は２重管式ヒートパイプ(10)を備えた排熱回収用熱交換器を示す。

排熱回収用熱交換器(20)は、両端が開口しかつ内部が仕切壁(22)により給気通路(23)と排気通路(24)とに区画されたケーシング(21)と、ケーシング(21)の仕切壁(22)に貫通状に取り付けられた複数の２重管式ヒートパイプ(10)と、すべての２重管式ヒートパイプ(10)の各通路(23)(24)内に存在する部分に跨って取り付けられた複数のプレート状フィン(25)と備えている。

２重管式ヒートパイプ(10)の仕切壁(22)への取り付けおよび２重管式ヒートパイプ(10)へのプレート状フィン(25)の取り付けは、仕切壁(22)およびプレート状フィン(25)にそれぞれ２重管式ヒートパイプ(10)の外管(3)の外径よりも若干径の小さい貫通穴を形成しておき、貫通穴内に２重管式ヒートパイプ(10)を強制的に通すことにより行われる。

排熱回収用熱交換器(20)は、たとえば合成樹脂を乾燥させる設備において、溶剤を含んだ高温の排気ガスと、低温の給気との熱交換に用いられるものであり、ケーシング(21)の排気通路(24)に、合成樹脂を乾燥させることにより発生する溶剤を含んだ排気ガスが通されるようになっている。そして、高温の排気ガスの有する熱により低温の給気が加熱されるとともに、高温の排気ガスが冷却される。排気ガスが冷却されることにより、排気ガス中の溶剤が凝縮して２重管式ヒートパイプ(10)の外周面およびフィン(25)に付着し、溶剤が回収される。

この発明による２重管式ヒートパイプの製造方法を工程順に示す縦断面図である。図１に示す方法で製造された２重管式ヒートパイプを備えた排熱回収用熱交換器を示す斜視図である。

符号の説明

(1)：ヒートパイプ
(2)：コンテナ
(3)：外管
(5)(6)：蓋
(10)：２重管式ヒートパイプ
(20)：排熱回収用熱交換器
(21)：ケーシング
(22)：仕切壁
(23)：給気通路
(24)：排気通路
(25)：プレート状フィン

Claims

両端が閉鎖されかつ作動液が封入された直管状コンテナを有するヒートパイプと、ヒートパイプのコンテナの外側に被せられてコンテナに密着させられた外管とよりなる２重管式ヒートパイプを製造する方法であって、
ヒートパイプを外管内に挿入した後、ヒートパイプを加熱して作動液を蒸発させることにより内圧を上昇させ、コンテナを塑性変形させて拡管し、コンテナの外周面を外管の内周面に密着させることを特徴とする２重管式ヒートパイプの製造方法。
ヒートパイプ全体を均一に加熱する請求項１記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。
ヒートパイプの作動液が水である請求項１または２記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。
ヒートパイプのコンテナが水に対する耐食性を有する材料からなる請求項３記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。
ヒートパイプのコンテナが銅からなる請求項４記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。
外管がステンレス鋼からなる請求項１〜５のうちのいずれかに記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。
拡管前のヒートパイプのコンテナの外径と、外管の内径との差を０．８〜１．２ｍｍとしておく請求項１〜６のうちのいずれかに記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。
ヒートパイプを３００〜３８０℃に加熱する請求項３〜７のうちのいずれかに記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。
ヒートパイプを３２０〜３６０℃に加熱する請求項３〜７のうちのいずれかに記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。
ヒートパイプを３３０〜３５０℃に加熱する請求項３〜７のうちのいずれかに記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。
コンテナの外周面を外管の内周面に密着させた後、外管の両端部に蓋を接合して、コンテナの両端部を覆う請求項１〜１０のうちのいずれかに記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。
蓋を外管と同じ材質としておく請求項１１記載の２重管式ヒートパイプの製造方法。
請求項１〜１２のうちのいずれかに記載の方法により製造された２重管式ヒートパイプ。
請求項１３記載の２重管式ヒートパイプを備えている排熱回収用熱交換器。
内部が仕切壁により給気通路と排気通路とに区画されたケーシングと、ケーシングの仕切壁に貫通状に取り付けられた複数の請求項１３記載の２重管式ヒートパイプと、すべての２重管式ヒートパイプの各通路内に存在する部分に跨って取り付けられたプレート状フィンとを備えている排熱回収用熱交換器。
ケーシングの排気通路に、合成樹脂を乾燥させることにより発生する溶剤を含んだ排気ガスが通されるようになっている請求項１５記載の排熱回収用熱交換器。
内部が仕切壁により給気通路と排気通路とに区画されたケーシングと、ケーシングの仕切壁に貫通状に取り付けられた複数の請求項１３記載の２重管式ヒートパイプと、すべての２重管式ヒートパイプの各通路内に存在する部分に跨って取り付けられたプレート状フィンとを有しており、２重管式ヒートパイプの外管がステンレス鋼管からなるとともに、２重管式ヒートパイプにおけるケーシングの排気通路内に存在する部分がすべて外管で覆われている排熱回収用熱交換器を備え、ケーシングの排気通路に、合成樹脂を乾燥させることにより発生する溶剤を含んだ排気ガスが通されるようになっている溶剤回収装置。